[發(fā)明專利]一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法

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• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107214207A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 朱燕麗;侯峰起;田琳;孫小平;李英浩;和永崗;楊輝;韓飛孝;王凱旋;張小航;馮勇
• 申請（專利權）人: 西部超導材料科技股份有限公司
• 主分類號: B21C37/04
• 分類號: B21C37/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 胡燕恒

技術領域

本發(fā)明屬于鈦合金材料加工技術領域，具體涉及一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法。

背景技術

Ti6Al4V和純鈦等鈦及鈦合金由于具有低的彈性模量、合適的強度，優(yōu)越的抗疲勞性能和生物相容性等特點，被作為生物醫(yī)用材料廣泛使用。隨著醫(yī)療水平的提高，彈性模量為110GPa鈦合金因為“應力屏蔽”等原因，已不能滿足骨替換產(chǎn)品的更高要求，而低彈性模量的Ti-Nb-Ta-Zr等β型鈦合金棒材被快速開發(fā)。但Ti-Nb-Ta-Zr系列鈦合金因含有大量的Nb、Ta、Zr等稀有貴金屬，且熔煉困難，未能規(guī)模開展應用。Ti-Mo系合金最低彈性模量約為50GPa，是理想的植入材料。傳統(tǒng)工藝認為，此類合金需要在β相區(qū)加工，但變形量不夠時，得到的組織不均勻。因此，開發(fā)彈性模量低，成分、組織均勻的Ti-15Mo鈦合金棒材產(chǎn)品對我國醫(yī)用合金材料的發(fā)展有極大的推進作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，解決了現(xiàn)有方法難以穩(wěn)定生產(chǎn)出組織細小、性能穩(wěn)定的β型鈦合金的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，中間坯精鍛：

選取縱、橫向組織均勻的Ti15Mo鈦合金鍛坯，大氣氣氛下，在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，充分保溫，采用一火次多道次加工，鍛造為軋制坯料；

步驟2，棒坯軋制：

將步驟1得到的軋制坯料，大氣氣氛下，在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，充分保溫，采用一火次多道次熱軋軋制至成品棒坯；

步驟3，棒材精整：

將步驟2軋制后的棒材，經(jīng)矯直磨削加工至成品尺寸，即得到組織均勻的Ti15Mo鈦合金棒材。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1中加熱溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下50℃～80℃，保溫時間至少為70min。

步驟1中道次變形量為15％～30％，累積變形量為40％～72％。

步驟1鍛造后對坯料進行水冷。

步驟2中加熱溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下80℃～110℃，至少保溫60min。

步驟2中道次變形量為18％～35％，累積變形量為85％～96％。

步驟2軋制后對棒坯進行空冷。

步驟3中矯直溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃～50℃。

本發(fā)明的有益效果是，一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，通過連續(xù)在相變點下鍛造和軋制，控制單火次大變形，來改善棒材的組織均勻性。采用本發(fā)明方法制備得到Ti15Mo鈦合金棒材，比常規(guī)工藝得到的橫向組織均勻，并且晶粒細小，滿足生物醫(yī)療棒材無毒性、低彈性模量的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備得到的Ti15Mo鈦合金棒材的橫向組織低倍圖；

圖2是本發(fā)明制備得到的Ti15Mo鈦合金棒材的橫向組織高倍圖；

圖3是傳統(tǒng)β相區(qū)加工制備得到的Ti15Mo鈦合金棒材的橫向組織低倍圖；

圖4是傳統(tǒng)β相區(qū)加工制備得到的Ti15Mo鈦合金棒材的橫向組織高倍圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，具體包括以下步驟：

步驟1，選取規(guī)格為Φ85～Φ95mm，縱、橫向組織均勻的Ti15Mo鈦合金鍛坯，置于電阻爐中在β轉(zhuǎn)變溫度以下50℃～80℃加熱，爐內(nèi)保溫時間大于70min，采用1火次多道次鍛造，道次變形量為15％～30％，累積變形量為40％～72％，鍛后水冷。

步驟2，將經(jīng)步驟1精鍛得到的棒坯在電阻爐中加熱，加熱溫度選擇在β轉(zhuǎn)變溫度以下80℃～110℃，至少保溫60min。在橫列式軋機上采用1火次多道次熱軋，軋制道次變形量為18％～35％，累積變形量為85％～96％，軋后空冷；軋制棒坯在β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃～50℃加熱、矯直，磨光后即得到成品棒材。

β型鈦合金棒材常規(guī)工藝認為，在β轉(zhuǎn)變溫度以上加工，棒坯塑性良好，變形抗力小，有利于加工成形，但在熱加工過程中，坯料會快速失溫，導致材料部分變形是在β轉(zhuǎn)變溫度以下完成的，這會使材料組織不均勻。

本發(fā)明通過對Ti15Mo鈦合金鍛坯連續(xù)在相變點下鍛造和軋制，并控制單火次大變形，改善了棒材的組織均勻性。采用本發(fā)明方法制備得到Ti15Mo鈦合金棒材，比常規(guī)工藝得到的橫向組織均勻，并且晶粒細小，滿足生物醫(yī)療棒材無毒性、低彈性模量的要求。